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DE19726330A1 - Vakuumpaneel zur thermischen Nutzung der Sonnenenergie - Google Patents

Vakuumpaneel zur thermischen Nutzung der Sonnenenergie

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DE19726330A1
DE19726330A1 DE19726330A DE19726330A DE19726330A1 DE 19726330 A1 DE19726330 A1 DE 19726330A1 DE 19726330 A DE19726330 A DE 19726330A DE 19726330 A DE19726330 A DE 19726330A DE 19726330 A1 DE19726330 A1 DE 19726330A1
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heat transfer
liquid heat
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Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1 und Verfahren zur Herstellung solcher Vorrichtungen.
Die Vorrichtungen werden bevorzugt als Fassadenpaneele zur thermischen Nutzung der Solarenergie eingesetzt. Transparente Wärmedämmungen, wie in DE 43 17 858 oder EP 075 165 A2 beschrieben, nutzen die Speichermasse einer meist südlich ausgerichteten, massiven Wand, indem tagsüber die Sonnenenergie durch das TWD Material zur Wand gelangt und die aufgenommene Wärme zeitverschoben an den Raum hinter der Wand abgegeben wird. Damit besonders im Sommer keine Überhitzung stattfindet werden die Systeme hinterlüftet, verschattet oder durch ein Fluid entwärmt.
Kernstück der Fassadenpaneele ist das TWD Material. Dabei kommt neben Luft oder Gas Kapillarmaterial aus Glas oder Kunststoff oder Aerogel zum Einsatz. Im Sinne der Anmeidung wird druckbelastbares Aerogel in Form von Granulat, Platten, Flocken oder flexiblen Matten betrachtet. Auch können Schnittreste z. B. aus der Fertigung solcher Materialien eingesetzt werden. Die Materialien können auch als Verbundmaterialien z. B. mit Fasern gestärkt. Aufgrund ihrer Transparenz und besonders geringen Wärmeleitfähigkeit sind Aerogele besonders geeignet. Dies betrifft z. B. granulare Aerogele in Form kleiner Kügelchen (EP 0171722), monolithische Aerogele (WO 9203378, EP 0653377 und US 4,610,863) sowie andere Formen (DE 44 30 669.5 und DE 44 30 642.3) wie strukturverstärkte Matten, Platten etc.
Aerogele lassen sich besonders wirkungsvoll in Vakuumisolationspaneelen einsetzen. Ihre geringen Wärmeleitfähigkeiten von ca. 0,02 W/mK für monolithische Aerogele bei Normaldruck reduzieren sich bei 100 mbar Umgebungsdruck auf ca. 0,008 W/mK. Für granulare Aerogele mit Luftzwischenräumen zwischen den einzelnen Aerogelkügelchen muß zum Erreichen von Wärmeleitfähigkeiten von ca. 0,013 W/m2K auf ca. 10 mbar evakuiert werden. Aufgrund der erzielbaren geringen Wärmeleitfähigkeiten lassen sich besonders kompakte Paneele herstellen, welche Baudicken von 0,5 bis 10 cm, vorzugsweise von 1 bis 5 cm aufweisen Zweck des Einsatzes von Unterdruck- oder Vakuumpaneelen ist weiterhin der Schutz der sensiblen Dämmaterialien und die Ausbildung eines stabilen Körpers durch Sandwichbauweise.
In der vorliegenden Anmeldung wird zwischen Unterdruckmodulen und Vakuummodulen unterschieden. Unterdruckmodule, wie in DE 43 17 858 A1 beschrieben, benötigen einen Befüllabsolutdrück bei Umgebungstemperatur um 800 mbar. Vakuumpaneele zeichnen sich dadurch aus, daß sie den Effekt der sogenannten Superisolation oder Superwärmedämmung ausnutzen und bei Drücken zwischen 10E-3 und 750 mbar, vorzugsweise zwischen 10 und 200 mbar, die Wärmeleitfähigkeit des TWD Materials deutlich verringert ist.
Solche Unterdruck- und Vakuumpaneele (Paneel = Modul) lassen sich durch den Einsatz von Aerogel zwischen zwei transparenten Scheiben realisieren. Sie werden z. B. in EP A 0 468 124 beschrieben. Der Einsatz von Matten und Platten aus Aerogel wird in DE 195 07 732 beschrieben. Der Einsatz des Aerogels beschränkt sich auf die Verwendung von Glasscheiben. DE 195 07 732 beschreibt die aerogeltypischen erforderlichen Unterdrücke bei der Verwendung von faserverstärkten Aerogelen.
Eine weitere Möglichkeit Unterdruck- oder Vakuumpaneele im obigen Sinne herzustellen ist das Einschließen von TWD Material zwischen einer transparenten Scheibe und einer Metallwanne.
In DE 43 17 858 ist ein geschlossenes Modul mit einem luftdichtem Randverbund beschrieben. Dabei wird in Hinblick auf Druckkräfte, welche durch das Evakuieren auf die Deckscheibe wirken, der Unterdruck in dem Modul nur soweit auf ca. 800 mbar verringert, daß bei der thermischen Expansion der Luft bei Aufheizung des Modulbodens gerade noch kein Überdruck relativ zur Umgebung in dem Modul herrscht. Der auf der Abdeckung lastende Unterdruck sollen durch das Gehäuse des Moduls aufgenommen werden. DE 43 17 858 macht keine Vorschläge für ein solches Gehäuse. Funktioneller Nachteil der Vorrichtungen sind zusätzliche Gehäusebauteile, welche erst die konvektive Abfuhr der Überschußwärme ermöglichen.
Eine Beschreibung eines Vakuum- oder Teilvakuumkollektors findet sich in DE 43 22 169 A1, hier ist auch die Nutzung von Feststoffen als Wärmedämmung genannt. Um ein Implodieren der Deckscheibe bei Vakuumanwendungen zu verhindern werden, auch bei der Anwesenheit von Feststoffen zur Wärmedämmung, zusätzliche Stützprofile vorgesehen.
Ein Implodieren der Deckscheibe läßt sich auch bei Verwendung von nicht formhaltigem TWD Material durch den Einsatz von dünnen Edelstahlfolien weniger 100 µm Stärke vermeiden. Mittels dieser lassen sich unter Verwendung der oben beschriebenen TWD Materialien Vakuumpaneele herstellen, wobei die dünnen Folien die Reaktionskräfte auf den Unterdruck aufnehmen.
Vakuumpaneele, mittels solcher Folien hergestellt, sind durch den Einbau in eine Testfassade der Capatect Dämmsysteme GmbH & Co. Energietechnik KG in Ober-Ramstadt bekannt. Die Paneele werden zur Vermeidung von Übertemperaturen in der, gemäß DE 43 17 858 beschriebenen, Vorrichtung von der Rückseite konvektiv entlüftet. Dies beschränkt die Anwendung solcher Vakuumpaneele und bedeutet hohe Zusatzkosten für die Vorrichtung zur Entlüftung, besonders wenn diese gegen Überhitzung effektiv geregelt werden soll.
Eine Lösung der Überhitzungsproblematik schlägt EP 0 750 165 A2 vor. Sie beschreibt ein schichtweise aufgebautes Wärmedämmverbundsystem für gut und schlecht gedämmte Wände mit Wärmeabfuhr mittels Fluidsystem. Bei dem System mit Kopplung von transparenter Wärmedämmung und Wärmeabfuhr mittels Wärmeträgerstrom bleibt das Problem der sommerlichen Überhitzung, falls keine Wärme durch den Wärmeträgerstrom abgeführt wird oder die Temperatur des Fluids zu hoch ist. Bei dem System werden die einzelnen funktionellen Elemente vor Ort ähnlich einem Wärmedämmverbundsystem erstellt und an ein solches gekoppelt. EP 0 750 165 A2 zeigt einen Weg zur Vermeidung hoher Zusatzkosten für externe Komponenten des Überhitzungsschutzes und der Nutzung der Überschußwärme durch das Integrieren von funktionalen Komponenten in ein TWD Wärmedämmverbundsystem.
Um TWD Systeme besonders im Bereich der Fassadengestaltung und -sanierung konkurrenzfähig zu machen muß die Überhitzungsproblematik, idealerweise durch nutzvolle Anwendung der Überschußwärme, gelöst werden. Genauso ist eine eine kostengünstige Fertigung bei hochwertiger Erscheinung notwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, welche unter den Aspekten des hohen Energieeintrages zur Heizung, Kühlung- und Warm­ wasserbereitung, des sicheren Vermeidens von Übertemperaturen an der Hauswand und effektiver Verschattung gekennzeichnet sind. Dies betrifft einen oder mehrere der genannten Aspekte. Weiterhin besteht die Aufgabe Verfahren zur Herstellung solcher Vorrichtungen unter den Aspekten der kontinuierlichen industriellen Fertigung und der dauerhaften Unterdruck- oder Vakuumbeständigkeit zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die genannten Ansprüche 1 bis 15 gelöst, wobei sich folgende Vorteile ergeben:
Vorteil der Vorrichtung nach Anspruch 1 ist das Schaffen kompakter Sandwichelemente, die Ansprüchen an attraktive Fassadengestaltung, gerade durch den Einsatz von Aerogelen, genügen. Hohe Zusatzkosten für das Schaffen funktionierender Systeme werden durch Integration der Komponenten (3), (4), (5), (6), (46), (51) des Überhitzungsschutzes und der Nutzung der Überschußwärme in die Vakuumpaneele gemäß Oberbegriff vermieden.
Die Paneele können besonders einfach gefertigt werden, dadurch daß Aerogele (1) und Komponenten ohne besondere Verarbeitungs- und Genauigkeitsansprüche in die Metallwanne eingebracht werden können und Reaktionskräfte auf den Unterdruck, die sonst zur Zerstörung der Deckscheibe führen, durch die sich verformende Metallfolie aufgenommen werden. Weiterer Vorteil ist die Möglichkeit besonders dünne Paneele durch Ausnutzung der Superwärmedämmung zu fertigen sowie die Möglichkeit der beliebigen farblichen Gestaltung.
Vorteil der Vorrichtung nach Anspruch 2 ist die das Vermeiden von Fertigungsschritten durch einfache Herstellung eines Wärmekontaktes zwischen z. B. einer Rohrschlange (4) und dem Modulboden (7) sowie die Möglichkeit sommerliche Überschußwärme durch ein Fluid in den Rohrschlangen (4) abzuführen, damit die solaren Erträge zu steigern und Übertemperaturen an Hauswänden zu vermeiden.
Vorteil der Vorrichtung nach Anspruch 3 ist die Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen Absorberblech (3) und Fluid, dadurch entsteht eine besonders effektive Schaltbarkeit zwischen Heizfall ohne Fluidstrom und Kollektornutzung mit Fluidstrom. Auch können Übertemperaturen an der Paneelrückseite insbesondere durch Einlegen von Wärmedämmstreifen reduziert werden.
Vorteil einer Vorrichtung nach Anspruch 4 ist die Ausbildung eines Paneels für Kollektoranwendungen an Fassade und Dach, wobei Kollektoren mit besonders geringer Baudicke möglich sind.
Vorteil einer Vorrichtung nach Anspruch 5 ist die effektive Nutzung der Sonnenenergie für Heizung und Warmwasserbereitung, dadurch daß die Elemente im Winter wunschgemäß als transparente Wärme­ dämmung eingesetzt werden und im Sommer und der Übergangszeit die Überschußwärme zur solaren Brauchwassererwärmung, solaren Kühlung oder verzögerten Beheizung genutzt werden kann. Weitere Vorteile sind das sichere Schalten zwischen Kollektor- und Heiznutzung, das Vermeiden von Elementen der Verschattung, das Vermeiden von Überhitzungen, der optimierte genutzte Energieeintrag und die Möglichkeit günstiger Herstellung durch einfache Bauweise.
Vorteil einer Anwendung gemäß Anspruch 6 bei Schaltung gemäß Fig. 9 und geringen Temperaturen der Wärmesenke ist die Möglichkeit der Kollektornutzung und einer Kühlung der Gebäudewand. Durch reine TWD Anwendungen z. B. mit Verschattung lassen sich gegenüber opaken Wärmedämmungen am Standort Köln ca. 100 kWh/m2a Heizenergie auf die Wandfläche bezogen einsparen. Wird das System darüber hinaus als Fassadenkollektor genutzt können in der Übergangszeit und im Sommer, wo herkömmliche Solarwandsysteme zur Vermeidung von Überhitzung verschattet werden, zusätzlich ca. 250 kWh/m2a an Energie zur Warmwasserversorgung eingespart werden. Genaue Werte werden objektspezifisch mit einem dynamischen Simulationsprogramm unter Zuhilfenahme eines elektrischen Analogiemodells ermittelt.
Vorteile einer Anwendung gemäß Anspruch 7 sind das Beherrschen hoher Fluidtemperaturen durch Schaltung gemäß Fig. 10 ohne Überhitzung der Gebäudewand.
Vorteile einer Anwendung gemäß Anspruch 8 die Möglichkeit des solares Heizen durch sichere Schaltung gemäß Fig. 11.
Vorteile einer Vorrichtung gemäß Anspruch 9 sind die Möglichkeit des Vermeidens von Übertemper­ aturen des Absorberbleches (7) und damit der Hauswand (9) bei hohen Sonnenständen im Sommer durch Reflexion der Solarstrahlung an Lamellen (46) mit frontseitig hohem Reflexionsvermögen. Bei tiefen Sonnenständen gelangen die Strahlen durch das relativ gering streuende TWD Material an den Paneel­ boden und erwärmen diesen sowie die Wand.
Vorteil einer Vorrichtung gemäß Anspruch 10 ist neben der Vermeidung von Übertemperaturen an der Absorberwanne wie in Anspruch 9 die Möglichkeit der zusätzlichen Wärmeabfuhr an eine Senke. Dabei kommt als transparentes Wärmedämmaterial (1) z. B. granulares Aerogel oder Restmaterial wie Schnitt­ reste von Matten oder Platten in Betracht.
Vorteil einer Vorrichtung nach Anspruch 11 ist die Möglichkeit der Einsatzes von verschiedenen Aerogelmaterialien, Verbundmaterialien und Schnittresten aus Aerogel wobei monolithische Aerogele (1'') besonders in Verbindung mit Lamellen (46) und z. B. Granulate (1') zu Ausfüllen von Leerräumen in der Metallwanne (7) eingesetzt werden.
Vorteile einer Vorrichtung nach Anspruch 12 ergeben sich durch den Schutz der Glas-Metall Fügung, der Durchführungen von Rohren und Ventilen, der Montagevereinfachung, des Transportierfähigkeit, der Integration in Fassadensysteme, der Vermeidung von Wärmeverlusten durch den Rahmen und die Nutzung als Kollektorrahmen.
Vorteile einer Vorrichtung nach Anspruch 13 ergeben sich durch die Möglichkeit der wunschgemäßen Verschattung, die Integration in elektrisch gesteuerte Fassadensysteme bei Verwendung einer elektrischen Schaltung sowie der Schaffung besonders dünner Modulen mit effektiver Verschattung.
Vorteil des Verfahrens nach Anspruch 14 ist die Möglichkeit den zeitintensiven Fügeprozeß z. B. einer Metall-Glas Verbindung aus der kontinuierlichen Fertigung auszugliedern und an getrenntem Ort bei höheren Temperaturen, geringerem Umgebungsdruck und besonderer Reinheit durchzuführen.
Vorteil des Verfahrens nach Anspruch 15 ist die Möglichkeit durch Einsatz von insbesondere Schweißverfahren vakuumdichte Paneele auch im Bereich der Glas-Metall Verbindung auszubilden, welche Leckageraten kleiner 2E-8 mbar 1/s bezogen auf ein Paneelvolumen von ca. 20 Liter aufweisen.
Ausführungsbeispiele
Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele:
Fig. 1a zeigt einen Schnitt durch ein Fassadenpaneel, welches z. B. auf ein Vakuum von absolut 100 mbar evakuiert ist. Die Strahlungsleistung der Sonne wird nach Durchgang durch die frontseitige Deckscheibe (2) und das Aerogel (1), in den Erscheinungsformen (1'), (1''),(1''') zu ca. 60-85% auf dem gefärbtem Blech (3) absorbiert und durch ein Fluid (11) mittels eines frontseitigen Rohrsystems (4) abgeführt. Eine ungewünschte Wärmeabgabe an die Rückseite des Paneels wird durch ein druckbeständiges Wärmedämmaterial (5) verhindert, dieses kann transparent aber auch opak sein. Die vom Fluid (11) aufgenommene Wärmeleistung kann wunschgemäß einer Wärmesenke (18), wie besonders geschichteten Solarspeichern, oder über Kopplung zum Fluid (10) der Rückseite der Paneele zur Beheizung der Wand (9) zugeführt werden. Fig. 1b zeigt eine Wanne (7) mit Lamellen (46) und monolithischem (1'') sowie geflocktem (1''') Aerogel. Fig. 1c zeigt eine Wanne mit faserverstärktem Aerogel (1''') und einer schaltbaren Verschattung (51).
Fig. 2 zeigt für den in Fig. 1 oder Fig. 6 beschriebenen Fall einer Anordnung der Elemente nach Anspruch 1 ein vereinfachtes elektrisches Ersatzschaltbild. Hier werden die Wärmetransportmechanismen verdeut­ licht und die wunschgemäße Schaltung zwischen Wandheizung und Kollektorbetrieb durch den Schalter S1 angedeutet. Dabei fließt die Wärme analog dem elektrischen Strom von Knoten mit hoher Temperatur zu solchen mit niederer Temperatur. Aus einer Bilanzierung der Wärmeströme für jeden Knoten ergeben sich durch dynamische Berechnungen die Wärmeströme q_ unendlich als Verluststrom an die Umgebung, q_fl als der dem Fluid zugeführte Wärmestrom und q_i als der an den Raum abgegebene Wärmestrom.
Das Aerogel ist insbesondere durch seine Transmission und den Gesamtenergiedurchlaßgrad g sowie den Wärmewiderstand [1] gekennzeichnet. [3,4] ist beispielsweise der der Wärmewiderstand (m2K/W) vom Absorberblech (3) zu einer Kupferrohrschlange (4). [W_i] bezeichnen die Wärmewiderstände der Gebäudewand, die Speicherkapazität der Wand ist [C_i]. Eine genaue Dimensionierung der funktionalen Elemente geschieht in Abhängigkeit vom TWD Material und Anwendungen durch Simulationsrechnungen anhand von Analogiemodellen wie in Fig. 2 dargestellt.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung nach Anspruch 2 bei der z. B. eine Rohrschlange (4), aus Cu mit wenigen mm Durchmesser gebogen, direkt auf dem beliebig gefärbtem Modulboden (7) auf­ liegt. Durch den Einsatz von TWD Verbundmaterialien (1''') und formstabilen Platten oder Matten, kann auf eine Zwischenschicht zwischen TWD Material und Rohrschlange (4) verzichtet werden. Der Abstand der Windungen beträgt dabei einige cm. Der Wärmeübergang [7-9] radiativ kann dabei durch den Einsatz geglänzter Bleche reduziert werden.
Fig. 4 zeigt eine Verbesserung des Wärmeübergangs [7, 4] an Fluid (11) durch Einlegen eines zusätzlichen gut wärmeleitenden Bleches beliebiger Farbe (3) [3, 4]. Zur Reduzierung des Wärmeübergang [4, 7] von den heißen Absorberrohren (4) an die Rückseite des Paneels (7) kann zwischen Wannenboden (7) und Absorber (3) ein opakes oder transparentes Wärmedämmaterial (12) z. B. in Streifen eingelegt werden. Das TWD Material (1) ist in Flocken- und Granulatform dargestellt.
Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung nach Anspruch 1 als Fassadenkollektor, durch Einlegen von opakem oder transparentem Wärmedämmaterial (5), z. B. aus Fertigungsresten der Aerogelproduktion, ist die Wärme­ abgabe an die Rückseite des Paneels [5] stark reduziert. Fig. 5 zeigt eine Rohrschlange (4), welche sich aus Blickrichtung der Sonne vor dem Absorberblech befindet, dies macht Sinn wenn kaschierte Wärmedämmaterialien (5) eingelegt werden. Vorzugsweise wird ansonsten die Rohrschlange (4) zwischen den Absorber (3) und Wärmedämmung (5) gelegt.
Fig. 6 zeigt einen Fassadenkollektor nach Anspruch 4, bei dem zwischen Paneelrückseite (7) und Wärme­ dämmung (5) ein rückseitiges Rohrsystem (6) angebracht ist. Durch dieses Rohrsystem wird Wärme, welche über ein Fluid direkt oder indirekt mit dem frontseitigen Rohrsystem (4) gekoppelt ist zur Rückseite des Paneels (7) transportiert und dient dort gemäß Fig. 11 zur Raumbeheizung, oder gemäß Fig. 9 auch zum Kühlen der Wand.
Fig. 9 zeigt ein Hydraulikschema, nach dem ein oder mehrere Paneele verschaltet werden können. In einer Schaltung nach Fig. 9 wird gemäß Anspruch 6 mittels der Pumpe (41) ein Wärmeträgerfluid durch die Rohrleitungen (6) und (4) gepumpt. Das Vier-Wege Ventil (17) liegt bevorzugt außerhalb der Paneele und ist z. B. Bestandteil einer solaren Warmwasser- und Heizeinrichtung. Durch Anwendung einer Vor­ richtung gemäß Anspruch 6 in einer Schaltung gemäß Fig. 9 wird das Fluid aus einer Wärmesenke, wie z. B. einem Schichten- oder Saisonalspeicher (18) möglichst kühl, z. B. mit 20°C, zuerst an der Hauswand (9) entlanggeführt und erwärmt sich dort beispielsweise auf 23°C. Anschließend erwärmt sich das Fluid auf der Frontseite durch die aufgenommene Solarstrahlung beispielsweise auf 70°C.
Fig. 10 zeigt eine Schaltung zur Vermeidung von Überhitzungen der Wand (9) bei hohen Fluid­ temperaturen der Wärmesenke. Durch Anwendung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 7 in einer Schalt­ ung nach Fig. 10 wird das, der Wärmesenke (18) entnommene, Fluid durch die Verbindungsleitung (22) direkt zur frontseitigen Rohrschlange (4) des Paneels geführt und erwärmt so nicht die Hauswand. Dies geschieht bei hohen Fluidtemperaturen der Senke, z. B. bei geladenem Speicher.
Fig. 11 zeigt eine Schaltung zur Beheizung der Gebäudewand.
Fig. 12 zeigt einen Rahmen (23) zur Umfassung eines Paneels. Er besteht aus einem elastischen umlauf­ enden Material (19) sowie einer festen Umfassung (20). Der Rahmen umfaßt den Modulrahmen aus Scheibe (2), Fügematerial und Blech (7) und weist eine Aussparung auf der Außenseite (28) auf. Er hat Durchlässe für die Rohrsysteme (4), (6), (22).
Fig. 13 zeigt ein Paneel mit integrierten Lamellen (46) zur Verschattung. Die Lamellen bewirken eine Verschattung des Paneelbodens (7) bei hohen Sonnenständen durch Reflexion der Sonnenstrahlen an ihrer Oberfläche. Bei niedrigen Sonnenständen gelangt ein Großteil der Sonnenstrahlung auf den Paneelboden. Das eingelegte Aerogelmaterial (1) besteht bespielsweise aus Granulat, Monolithstreifen (1'') und/oder Schnittresten von Matten, dabei werden bevorzugt Materialien eingesetzt, welche das Sonnenlicht gering streuen.
Fig. 14a zeigt das Einsetzen einer Scheibe (2) mit umlaufendem Rahmen (48) auf den Rand des Paneels. Der Rahmen mit z. B. einer schwierigen Metall-Glas Verbindung kann außerhalb der Fertigungslinie des Paneels vorgefertigt werden. Fig. 14b zeigt das Verbinden eines Metallrahmens (48) mit dem Rand des Paneels (27) z. B. durch ein Schweißverfahren.
Fig. 15 zeigt eine Ausführung eines Fassadenpaneels, bei der Lamellen (46) in das Paneel integriert sind und diese Lamellen an ein Fluidsystem (4) gekoppelt sind.
Fig. 16 zeigt ein Modul mit einer schaltbaren Schicht (51) als Abschattung, solche schaltbaren Schichten können beispielsweise durch Temperatur der Schicht (51) oder durch Anlegen einer elektrischen Span­ nung (52) geschaltet werden. Durch Temperatur schaltbare Schichten verändern bei einer Schalttemperatur der Schicht von beispielsweise 30°C ihre Lichtdurchlässigkeit von transparent zu opak.
Fig. 17 zeigt schematisch die Fügung einer Glasscheibe (2) mit einem umlaufenden Metallrahmen (48) durch ein Schweißverfahren wobei sich zwischen den Fügepartnern Zwischenfolien (50) aus z. B. Aluminium befinden, welche Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Fügepartner ausgleichen. Mittels der Vorrichtung (49) wird bei lokaler Erwärmung und beispielsweise 400°C gefügt.

Claims (15)

1. Vakuumpaneel zur thermischen Nutzung der Sonnenenergie, aufweisend mindestens eine Deckscheibe (2) und eine wannenbildende flexible Metallfolie (7), wobei sich zwischen der Deckscheibe und der Wanne Aerogel (1) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß gut wärmeleitende, beliebig gefärbte Elemente zur Absorbtion und/oder Reflexion von Strahlungsenergie (3), (46) und/oder von einem flüssigen Wärmeträger durchfließbare Elemente (4), (6) und/oder Elemente zur Verschattung (46), (51) und/oder druckbeständige Elemente zur Wärmedämmung (5), (12) eingelegt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von einem flüssigen Wärmeträger durchfließbare Elemente (4) direkt auf Paneelboden (7) aufliegen, wobei der Paneelboden mit den aufliegenden Elementen (4) beliebig eingefärbt werden kann.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den, von einem flüssigen Wärmeträger durchfließbaren Elementen (4) und dem TWD Material (1) gut wärmeleitende, beliebig gefärbte Elemente zur Absorbtion der Sonnenstrahlung (3), (46) in die Wanne (7) eingelegt sind und im Bereich der, von einem flüssigen Wärmeträger durchfließbaren, Elemente (4) zusätzliche druckbeständige Elemente zur Wärmedämmung (12) eingelegt sein können.
4. Vorrichtung nach nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich opake und/oder transparente, druckbeständige Elemente zur Wärmedämmung (12) zwischen den gut wärmeleitenden beliebig gefärbten Elementen zur Absorbtion und/oder Reflexion der Sonnenstrahlung (3), (46) und/oder von einem flüssigen Wärmeträger durchfließbaren Elemente (4) und dem Wannenboden (7) befinden, dabei kann das Wärmedämmaterial (5) mit einer gut wärmeleitenden Folie kaschiert sein.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zweite, von einem flüssigen Wärmeträger durchfließbare Elemente (6) zwischen der Wärmedämmung (5) und der Paneelrückseite (7) angeordnet sind, wobei die Elemente (6), (5) und (4) in einer Gruppe vorgefertigt sein können.
6. Anwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß die von einem flüssigen Wärmeträger durchfließbaren Elemente (4), (6) vorzugsweise extern mit einer Pumpe (41) und Senke (18) verbunden und so verschaltet werden, daß bei geringen Vorlauftemperaturen aus der Senke (18) und fehlendem Wärmebedarf an der Wand (9) das Fluid zuerst durch die zweiten, von einem flüssigen Wärmeträger durchfließbaren Elemente (6) an der Hauswand entlang geführt wird und danach wärmeaufnehmend die sonnenzugewandte Seite durch die von einem flüssigen Wärmeträger durchfließbaren Elemente (4) durchfließt.
7. Anwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß die von einem flüssigen Wärmeträger durchfließbaren Elemente (4), (6) vorzugsweise extern mit einer Pumpe (41) und Senke (18) verbunden und so verschaltet werden, daß bei hohen Vorlauftemperaturen aus der Senke (18) das Fluid direkt durch die Verbindung (19) zur sonnenzugewandten Seite fließt.
8. Anwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß die von einem flüssigen Wärmeträger durchfließbaren Elemente (4) und (6) vorzugsweise extern mit einer Pumpe (41) und Senke (18) verbunden und so verschaltet werden, daß bei bei fehlender Wärmeabnahme durch die Senke und Wärmebedarf an der Wand (9) das erwärmte Fluid von den ersten von einem flüssigen Wärmeträger durchfließbaren Elementen (4) zu den zweiten Elementen (6) zur Rückseite des Paneels geführt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch daß Lamellen (46) mit wählbarem festen Anstallwinkel alpha eingelegt sind und die Reflexion der Lamellen für sichtbares Licht hoch ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß Lamellen (46) mit, von einem flüssigen Wärmeträger durchfließbaren, Elementen (4) zur Abfuhr der absorbierten Strahlungsenergie verbunden und eingelegt sind und daß die Absorption der Lamellen für sichtbares Licht hoch ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aerogele (1) in Form von Granulat, Kügelchen oder Partikeln (1') und/oder in Form von monolithischen oder homogenen Platten (1'') und/oder in Form von Matten oder Platten (1''') bestehen und auch durch Strukturverstärkung oder Verbund mit anderen Materialien modifiziert sein können und auch aus Produktionsabfällen der vorstehend genannten Materialien bestehen können.
12. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Verbindungsstelle zwischen Metallfolie (7) und Deckscheibe (2) durch einen Rahmen (23) eingefaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen aus elastischem (19) und formstabilen Material (20) besteht, wobei das elastische Material (19) die Verbindungsstelle fest einfaßt und das formstabile Material (20) das elastische Material umfaßt, wobei der Rahmen (20) Ausparungen auf den Seitenflächen (28) enthalten kann.
13. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verschattung des Paneelbodens (7) hinter der Scheibe (2) eine schaltbare Schicht (51) angeordnet ist.
14. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügung von Deckscheibe (2) und einem Hilfsrahmen (48) aus der Fertigung ausgegliedert ist und nach Vorfertigung die Scheibe (2) mit dem umlaufenden Rahmen (48) mit der Metallfolie (7) verbunden wird, wobei die Vorfertigung bei erhöhten Temperaturen durchgeführt werden kann.
15. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 14, aufweisend eine Scheibe (2) aus Kalknatronglas, wobei die Fügung zwischen zwei oder drei der Fügepartner Scheibe (2), Rahmen (48) und Wanne (7) mittels einer Schweiß- oder Löttechnik geschieht, wobei eine Zwischenfolie (50) eingelegt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanne (7) und/oder der Rahmen (48) aus den metallischen Werkstoffen X6 Cr Ti 17, X6 Cr Nb 17, Ni Fe 45, Ni 36, X5 Cr17, Nummer 1.4509 oder Nummer 2.4617 bestehen.
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